CN106012500A - 一种石墨烯导电纤维 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯导电纤维，所述的石墨烯导电纤维由麻棉功能纤维与石墨烯纤维组成，所述的麻棉功能纤维与石墨烯纤维的质量比为100：（5～10）。本发明的技术优点在于：1）本发明的石墨烯导电纤维具有较高的强度和韧性，电阻率达10～103Ω·m，比常规纤维的电阻率（约1014Ω·m）提高了十多个数量级。2）本发明的导电纤维是石墨烯纤维与麻棉纤维的复合，使得最终生产出来的织品能够兼具棉的柔软细腻、麻的滑爽等特性。

Description

一种石墨烯导电纤维
技术领域
本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种石墨烯导电纤维。
背景技术
导电纤维一直是功能性纤维的研究热点，一般是指电阻率小于108Ω·cm的纤维，具有导电、电热和防电磁辐射等功能，通常集中应用于特殊场合中使用的抗静电服或防电磁辐射服装等领域。
导电纤维制造的主要方法包括，一种为常规纤维表面涂覆导电成分，另一种为导电材料与纤维原料混合，通过纺丝工艺制成导电纤维。纤维表面涂覆导电层法是将含有金属、碳黑或金属化合物的导电材料，涂覆于纤维表面制成导电纤维，也可将聚苯胺等导电高聚物通过原位聚合法吸附于纤维表面获得导电纤维，上述方法制备的纤维导电性能突出，但耐水洗性及耐久性不够理想。共混纺丝将导电粒子（主要为碳黑或金属化合物）与非导电成分的主体聚合物进行共混，通过熔融或湿法纺丝工艺制备复合导电纤维，在纺丝过程中，导电粒子极易产生团聚，影响复合纤维的导电效果。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构的新材料，是其他维度碳材料的构造基础。石墨烯具有很多独特的性质，如高电子迁移率、高导热系数、良好的弹性和刚度等。因此，将石墨烯组装为宏观的功能结构如纤维等，是实现石墨烯实际应用的重要途径。
目前，将石墨烯纤维与纺织纤维复合，制备导电复合纤维的研究仍鲜有报道。
发明内容
本发明针对背景技术中存在的问题而提供一种石墨烯导电纤维。
实现本发明目的采用的优选技术方案为：一种石墨烯导电纤维，该石墨烯导电纤维由麻棉功能纤维与石墨烯纤维组成，所述的麻棉功能纤维与石墨烯纤维的质量比为100：（5～10）。
优选的，所述的麻棉功能纤维由如下步骤制得：1）将麻纤维置于果胶酶溶液中常温浸泡；然后将处理后的麻纤维继续浸入到壳聚糖水溶液中浸泡，脱水、烘干；2）将步骤1）中制得的麻纤维与竹纤维、棉纤维置于丙酮中浸泡，同时进行超声震荡处理，浸泡、洗涤后脱水烘干，制得麻棉功能纤维。
其中，步骤1）中所述的果胶酶溶液的浓度为10～50g/L，浸泡时间为15～30分钟；所述的壳聚糖水溶液浓度为10～20g/L，浸泡时间为1～3小时。
步骤2）中的浸泡时间为2～6小时，所述麻纤维、竹纤维与棉纤维的质量比为（3～5）：1：（5～10）。
进一步优选的，所述的石墨烯纤维由如下步骤制得：
1）将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散 0.5～2小时后，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
2）将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与氯乙酸混合，然后在搅拌速度为50～200转/分钟条件下，将混合溶液加热到60～80℃，保持其反应0.5～3小时，冷却至室温，用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯；
3）将羧基化氧化石墨烯超声分散于N,N- 二甲基甲酰中得到纺丝原液，最后通过湿法纺丝制得石墨烯纤维。
其中，步骤1）中所述的氧化石墨烯和去离子水的质量体积比为 1mg：（1～3mL）。
步骤2）中所述的氯乙酸与氧化石墨烯的质量比为50：1。
步骤3）中所述的羧基化氧化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的质量体积比为1：（50～100mL）。
本发明技术方案的优点在于：
1）本发明的石墨烯导电纤维具有较高的强度和韧性，电阻率达10～103Ω·m，比常规纤维的电阻率（约1014Ω·m）提高了十多个数量级。
2）本发明的导电纤维是石墨烯纤维与麻棉纤维的复合，使得最终生产出来的织品能够兼具棉的柔软细腻、麻的滑爽等特性。
3）本发明的麻纤维经生物酶改性处理后，还可提高纱线的染色效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例 1
1、麻棉功能纤维的制备
将大麻纤维置于浓度为10g/L果胶酶溶液中常温浸泡30分钟；然后将处理后的大麻纤维继续浸入到浓度为20g/L壳聚糖水溶液中浸泡1小时，脱水、烘干；将大麻纤维、竹纤维、棉纤维按质量比3：1：5置于丙酮中浸泡2小时，同时进行超声震荡处理1小时，洗涤后脱水烘干，制得棉麻功能纤维；
2、石墨烯纤维的制备
将100mg氧化石墨烯加入100mL去离子水中，超声分散 0.5小时后，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；往分散均匀的氧化石墨烯水溶液中加入5g氯乙酸混合，然后在搅拌速度为50转/分钟条件下，将混合溶液加热到80℃，保持其反应0.5小时，冷却至室温，用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯；取100mg羧基化氧化石墨烯超声分散于50mL N,N- 二甲基甲酰中得到纺丝原液，最后通过湿法纺丝制得石墨烯纤维。
3、石墨烯导电纤维的制备
取10g制得的棉麻功能纤维浸泡在100克质量分数为0.5%石墨烯纤维分散液中，浸泡3小时，置于50℃烘箱中烘干。
实施例 2
1、麻棉功能纤维的制备
将大麻纤维置于浓度为50g/L果胶酶溶液中常温浸泡15分钟；然后将处理后的大麻纤维继续浸入到浓度为10g/L壳聚糖水溶液中浸泡3小时，脱水、烘干；将大麻纤维、竹纤维、棉纤维按质量比5：1：10置于丙酮中浸泡6小时，同时进行超声震荡处理1小时，洗涤后脱水烘干，制得棉麻功能纤维；
2、石墨烯纤维的制备
将100mg氧化石墨烯加入200mL去离子水中，超声分散1小时后，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；往分散均匀的氧化石墨烯水溶液中加入5g氯乙酸混合，然后在搅拌速度为100转/分钟条件下，将混合溶液加热到60℃，保持其反应3小时，冷却至室温，用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯；取100mg羧基化氧化石墨烯超声分散于80mL N,N- 二甲基甲酰中得到纺丝原液，最后通过湿法纺丝制得石墨烯纤维。
3、石墨烯导电纤维的制备
取10g制得的棉麻功能纤维浸泡在100克质量分数为1%石墨烯纤维分散液中，浸泡2小时，置于60℃烘箱中烘干。
实施例 3
1、麻棉功能纤维的制备
将大麻纤维置于浓度为30g/L果胶酶溶液中常温浸泡20分钟；然后将处理后的大麻纤维继续浸入到浓度为15g/L壳聚糖水溶液中浸泡2小时，脱水、烘干；将大麻纤维、竹纤维、棉纤维按质量比4：1：7置于丙酮中浸泡4小时，同时进行超声震荡处理1小时，洗涤后脱水烘干，制得棉麻功能纤维；
2、石墨烯纤维的制备
将100mg氧化石墨烯加入300mL去离子水中，超声分散2小时后，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；往分散均匀的氧化石墨烯水溶液中加入5g氯乙酸混合，然后在搅拌速度为200转/分钟条件下，将混合溶液加热到70℃，保持其反应2小时，冷却至室温，用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯；取100mg羧基化氧化石墨烯超声分散于100mL N,N- 二甲基甲酰中得到纺丝原液，最后通过湿法纺丝制得石墨烯纤维。
3、石墨烯导电纤维的制备
取10g制得的棉麻功能纤维浸泡在100克质量分数为2%石墨烯纤维分散液中，浸泡2小时，置于50℃烘箱中烘干。

Claims (8)

1.一种石墨烯导电纤维，其特征在于：所述的石墨烯导电纤维由麻棉功能纤维与石墨烯纤维组成，所述的麻棉功能纤维与石墨烯纤维的质量比为100：（5～10）。
2.根据权利要求1所述的石墨烯导电纤维，其特征在于：所述的麻棉功能纤维由如下步骤制得：(1)将麻纤维置于果胶酶溶液中常温浸泡；然后将处理后的麻纤维继续浸入到壳聚糖水溶液中浸泡，脱水、烘干；(2)将步骤(1)中制得的麻纤维与竹纤维、棉纤维置于丙酮中浸泡，同时进行超声震荡处理，浸泡、洗涤后脱水烘干，制得麻棉功能纤维。
3.根据权利要求2所述的石墨烯导电纤维，其特征在于：步骤(1)中所述的果胶酶溶液的浓度为10～50g/L，浸泡时间为15～30分钟；所述的壳聚糖水溶液浓度为10～20g/L，浸泡时间为1～3小时。
4.根据权利要求2所述的石墨烯导电纤维，其特征在于：步骤(2)中的浸泡时间为2～6小时，所述麻纤维、竹纤维与棉纤维的质量比为（3～5）：1：（5～10）。
5.根据权利要求1所述的石墨烯导电纤维，其特征在于：所述的石墨烯纤维由如下步骤制得：
(1)将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散 0.5～2小时后，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
(2)将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与氯乙酸混合，然后在搅拌速度为50～200转/分钟条件下，将混合溶液加热到60～80℃，保持其反应0.5～3小时，冷却至室温，用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯；
(3)将羧基化氧化石墨烯超声分散于N,N- 二甲基甲酰中得到纺丝原液，最后通过湿法纺丝制得石墨烯纤维。
6.根据权利要求5所述的石墨烯导电纤维，其特征在于：步骤(1)中所述的氧化石墨烯和去离子水的质量体积比为 1mg：（1～3mL）。
7.根据权利要求5所述的石墨烯导电纤维，其特征在于：步骤(2)中所述的氯乙酸与氧化石墨烯的质量比为50：1。
8.根据权利要求5所述的石墨烯导电纤维，其特征在于：步骤(3)中所述的羧基化氧化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的质量体积比为1：（50～100mL）。
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